2021年5月15日,我国第一个火星探测器“祝融号”火星发回遥测信号,确认天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区,中国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。

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从那天起,“祝融”在火星上兢兢业业的开始了探测工作,它在巡视的路上拍摄了一系列图像并传回地球,发现了火星地貌有水塑造的迹象。

祝融号还有一个独特的任务,它的脚印每一米有两个“中”字,这就为我们以后说“火星自古以来......”留下了证据。

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然而,到2022年5月,“祝融”在火星上运行了368个地球日后,开始进入了“冬眠”状态,从此再也没有唤醒。“祝融”运行了差不多一年的时间,总行驶距离为1.921公里。

“祝融”运行时间虽然远超设计的三个月,但是与美国2012年登上火星,到现在还在运行的“好奇号”比起来,就相差甚远了。还有美国更早的“机遇号”,于2004年登上火星,设计寿命仅90个火星日,实际运行时间却长达15年,行驶距离超过45公里。

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为什么美国的火星探测器会比我国的探测器寿命长这么多?

主要有两个原因:
1.美国早在1964年就开始了对火星的探测,1976年第一次登上火星。美国一共进行了23次火星探测,占全球探测任务的一半。美国可以说对火星的了解比我们多得多,因而他们在火星车的设计上要比我们有更多的经验。
现在我们这些吃瓜群众对“祝融号”不能唤醒的反思是,当初没有在它的小翅膀上设计两条雨刷,用来清扫落在太阳能板上的火星灰。实际也确实是因为太阳能板积了太多灰,导致在火星的冬季,“祝融”无法获得足够的电能来支持它醒来。
2.从“好奇号”开始,美国抛弃了太阳能动力,改用核动力来驱动火星车,这使得火星车的使用寿命大幅提升。“好奇号”设计寿命为2年,到第7年的时候,美国确认它的状况非常良好,因而把它的探测任务无限延长,也就是说美国人已有把握它可以运行到核电池完结的那一天。
好奇号的核电池由两部分组成,一个装填钚-238二氧化物的热源和一组固体热电偶,这一系统设计使用寿命为14年!

核电池的原理与航母上的核反应堆不一样,它是利用同位素衰变发电的一种装置,包括直接式和间接式两种。直接式就是在同位素衰变时产生的带电粒子,能够产生电流,这种电流比较微弱,一般用于心脏起搏器的电池。间接式则是通过热机、热电偶等换能器将同位素衰变产生的热量转换成电能。

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左图衰变产生α粒子,右图衰变产生热量

我国在2004年才开始启动航天用同位素电池开发,2006年研制出我国第一颗钚238同位素电池。

不过,我国最早在嫦娥4号上所用的核电池是由俄罗斯提供的,它却不是用来提供动力,而是做为“暖宝宝”,使嫦娥4号在月夜中不会冻坏,以免在月昼来临时不能唤醒。

今年初,我国北京一家公司,贝塔伏特,宣布研制出微型原子能电池,利用镍63核同位素衰变技术和金刚石半导体,将原子能电池小型化。该公司的首个产品——BV100电池的功率是100微瓦,电压3伏,体积和一枚硬币相当,能量密度是三元锂电池的10倍以上。

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该公司董事长表示,这款电池可以实现50年稳定发电,量产后 ,可用于航空航天、人工智能设备、医疗器械、微型机电系统、传感器、小型无人机和微型机器人等长续航场景。

若是如此,我国亦有望数年内将核动力用到火星控测器上,那时我们的火星就可以快乐的在火星上盖脚印了!